(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の個別に作製した流体部品を接続して流体回路（システム）を簡便に形成する流体用コネクタ及び流体部品の実装構造を提供する。【解決手段】基板１６の内部に形成されたキャピラリ１７がその壁面から露出している経由穴１８に装着する本体５に形成された第一の枠７と、この第一の枠７に配置され前記キャピラリ１７と対向する第一の開口２と、前記本体５に形成され、基板外部に向かって延在する第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口と、この第二の枠に装着され、その一端が外部の流体部品２０と連結されるアダプタ６を有し、前記第一の開口２から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定するように流体用コネクタを形成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板内部のキャピラリと基板外部との連絡を確立する流体用コネクタであり、基板の経由穴に装着する第一の枠と、第一の枠に配置された第一の開口と、基板外部に向かって延在する第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口を有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定していることを特徴とする流体用コネクタ。
【請求項２】
基板内部のキャピラリと基板外部との連絡を確立する流体用コネクタであり、基板の経由穴に装着する第一の枠と、第一の枠に配置された第一の開口と、第一の枠と連結された第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口を有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定した本体と、第二の枠に装着する第三の枠と、第三の枠に配置された第三の開口と、基板外部に向かって延在する第四の枠と、第四の枠に配置された第四の開口を有し、第三の開口から第四の開口の間において、第三の枠と第四の枠が流路を画定したアダプタとからなることを特徴とする流体用コネクタ。
【請求項３】
第一の枠と第二の枠との間にフランジを有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠とフランジと第二の枠が流路を画定していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体用コネクタ。
【請求項４】
キャピラリを内蔵した基板と流体部品とを流体用コネクタを介して接続する流体部品の実装構造であり、基板には経由穴が配置されており、キャピラリの端面が該経由穴の壁面から露出しており、該経由穴には流体用コネクタが装着され、該流体用コネクタは該経由穴に装着する第一の枠と、該第一の枠に配置された第一の開口とを有し、該第一の開口と該キャピラリの端面は互いに連結するような位置関係に配され、また、該流体用コネクタは基板外部に向かって延在する第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口を有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定しており、流体部品の流体用端子を該第二の枠に装着することで該基板と該流体部品との間に流路が画定されることを特徴とする流体部品の実装構造。
【請求項５】
キャピラリを内蔵した基板と流体部品とを流体用アダプタを介して接続する流体部品の実装構造であり、基板には経由穴が配置されており、キャピラリの端面が該経由穴の壁面から露出しており、該経由穴には本体とアダプタからなる流体用アダプタが装着され、該本体は該経由穴に装着する第一の枠と、該第一の枠に配された第一の開口とを有し、該第一の開口と該キャピラリの端面は互いに連結するような位置関係に配され、更に該本体は第一の枠と連結された第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口を有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定し、アダプタは該第二の枠に装着する第三の枠と、第三の枠に配置された第三の開口とを有し、また第三の枠と連結された第四の枠と、第四の枠に配置された第四の開口を有し、第三の開口から第四の開口の間において、第三の枠と第四の枠が流路を画定しており、流体部品の流体用端子を該第四の枠に装着することで該基板と該流体部品との間に流路が画定されることを特徴とする流体部品の実装構造。
【請求項６】
第一の枠と第二の枠との間にフランジとを有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠とフランジと第二の枠が流路を画定していることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の流体部品の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ流体システムを構成する流体部品と基板の実装技術に関すし、特に基板内部のキャピラリと基板外部の流体部品を結合する流体用コネクタと流体部品の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学や生化学の分野ではＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を応用した反応系や分析装置のマイクロ化に関する研究が進められており、その構成要素の一つとなるマイクロモータ、マイクロポンプといった単一機能を有したマイクロ流体部品の研究開発が盛んである（例えば非特許文献１、２参照）。
目的の化学反応や化学分析を行うためには、流体部品を複数組み合わせてシステム化する必要がある。一般にそれらのシステムの完成形は、マイクロリアクターシステム（Ｍｉｃｒｏ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）、マイクロ化学分析システム（μＴＡＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）などと呼称されている。
マイクロ流体部品は半導体製造プロセスや加圧熱成形技術を適用してシリコンチップやプラスチックプレートに形成する。複数の要素を一つのチップに形成（集積）し、システム化することは、原理的には可能であり、各種提案されているが、その作製プロセスは複雑であり量産レベルでこれを製造することは困難である（例えば、非特許文献３参照）。また、複数の個別に作製した流体部品を接続して流体回路（システム）を簡便に形成する方法が模索されている（例えば特許文献１、２参照）が、現時点では有効な方法は見出されておらず、その出現が待たれていた。
【０００３】
【非特許文献１】
庄子：化学工業Ｖｏｌ．５２  Ｎｏ．４  Ａｐｒ．  ２００１  ｐ４５−５５、
【非特許文献２】
前田：エレクトロニクス実装学会誌ｖｏｌ．５  Ｎｏ．１  Ｊａｎ．２００２  ｐ２５−２６
【非特許文献３】
伊永：日本学術会議５０周年記念環境工学連合講演論文集Ｎｏ．１４、ｐ２５−３２、１９９９
【０００４】
【特許文献１】
特表２００２−５３８３９７号公報
【特許文献２】
特開２００２−２１４１９３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように複数の個別に作製した流体部品を接続して流体回路（システム）を簡便に形成する方法が模索されており、本発明は、上記に鑑みなされたもので、複数の個別に作製した流体部品を接続して流体回路（システム）を簡便に形成する流体用コネクタ及び流体部品の実装構造を提供することを目的とした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板内部のキャピラリと基板外部との連絡を確立する流体用コネクタであり、基板の経由穴に勘合する第一の枠と、第一の枠に配置された第一の開口と、基板外部に向かって延在する第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口を有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定していることを特徴とする流体用コネクタである。
予め、基板の経由穴からキャピラリ端面を露出させ、基板の経由穴に第一の枠を装着させ、第一の枠に設けた第一の開口とキャピラリ端面を一致させ、第一の枠から基板外部に向かって延在する第二の枠に第二の開口を設け、第一の開口と第二の開口の間で流路を形成し、第二の枠に流体部品の流体用端子を連結させることにより基板内のキャピラリと流体部品を接続することができる。
請求項２に記載の発明は、基板内部のキャピラリと基板外部との連絡を確立する流体用コネクタであり、基板の経由穴に装着する第一の枠と、第一の枠に配置された第一の開口と、第一の枠と連結された第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口を有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定した本体と、第二の枠に装着する第三の枠と、第三の枠に配置された第三の開口と、基板外部に向かって延在する第四の枠と、第四の枠に配置された第四の開口を有し、第三の開口から第四の開口の間において、第三の枠と第四の枠が流路を画定したアダプタとからなることを特徴とする流体用コネクタである。
請求項２の流体用コネクタは本体とアダプタからなる。本体は基板の経由穴に装着する第一の枠と、第一の枠に配置された第一の開口と、第一の枠と連結された第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口を有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定する。そして、アダプタは第二の枠に装着する第三の枠と、第三の枠に配置された第三の開口と、基板外部に向かって延在する第四の枠と、第四の枠に配置された第四の開口を有し、第三の開口から第四の開口の間において、第三の枠と第四の枠が流路を画定する。流体部品の流体端子サイズに応じてアダプタの第三の枠を設計することで、基板とコネクタを共通化でき合理的である。
請求項３に記載の発明は、第一の枠と第二の枠との間にフランジを有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠とフランジと第二の枠が流路を画定していることを特徴とする流体用コネクタである。このことにより流体用コネクタの基板への固定が確実に出来る。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、キャピラリを内蔵した基板と流体部品とを流体用コネクタを介して接続する流体部品の実装構造であり、基板には経由穴が配置されており、キャピラリの端面が該経由穴の壁面から露出しており、該経由穴には流体用コネクタが装着され、該流体用コネクタは該経由穴に装着する第一の枠と、該第一の枠に配置された第一の開口とを有し、該第一の開口と該キャピラリの端面は互いに連結するような位置関係に配され、また、該流体用コネクタは基板外部に向かって延在する第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口を有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定しており、流体部品の流体用端子を該第二の枠に装着することで該基板と該流体部品との間に流路が画定されることを特徴とする流体部品の実装構造である。
基板には経由穴が配置されており、該経由穴の壁面からキャピラリの端面が露出している。該経由穴には流体用コネクタが装着されるが、この流体用コネクタは該経由穴に装着する第一の枠と、該第一の枠に配置された第一の開口とを有し、該第一の開口と該キャピラリの端面は互いに連結するような位置関係に配され、また、該流体用コネクタは基板外部に向かって延在する第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口を有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定している。流体部品の流体用端子を該第二の枠に装着することで該基板と該流体部品との間に流路が画定できる。
請求項５に記載の発明は、キャピラリを内蔵した基板と流体部品とを流体用アダプタを介して接続する流体部品の実装構造であり、基板には経由穴が配置されており、キャピラリの端面が該経由穴の壁面から露出しており、該経由穴には本体とアダプタからなる流体用アダプタが装着され、該本体は該経由穴に装着する第一の枠と、該第一の枠に配された第一の開口とを有し、該第一の開口と該キャピラリの端面は互いに連結するような位置関係に配され、更に該本体は第一の枠と連結された第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口を有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定し、アダプタは該第二の枠に装着する第三の枠と、第三の枠に配置された第三の開口とを有し、また第三の枠と連結された第四の枠と、第四の枠に配置された第四の開口を有し、第三の開口から第四の開口の間において、第三の枠と第四の枠が流路を画定しており、流体部品の流体用端子を該第四の枠に装着することで該基板と該流体部品との間に流路が画定されることを特徴とする流体部品の実装構造である。
該本体は基板に配置された経由穴に装着する第一の枠と、該第一の枠に配された第一の開口とを有し、該第一の開口と該キャピラリの端面は互いに連結するような位置関係に配され、更に該本体は第一の枠と連結された第二の枠と、第二の枠に配置された第二の開口を有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠と第二の枠が流路を画定する。該アダプタは該第二の枠に装着する第三の枠と、第三の枠に配置された第三の開口とを有し、また第三の枠と連結された第四の枠と、第四の枠に配置された第四の開口を有し、第三の開口から第四の開口の間において、第三の枠と第四の枠が流路を画定する。流体部品の流体用端子を該第四の枠に装着する。このことから基板内のキャピラリと流体部品を接続することができる。また、流体部品の流体端子サイズに応じてアダプタの第三の枠を設計することで、基板とコネクタを共通化でき合理的である。
請求項６に記載の発明は、第一の枠と第二の枠との間にフランジとを有し、第一の開口から第二の開口の間において、第一の枠とフランジと第二の枠が流路を画定していることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の流体部品の実装構造である。
このことにより流体用コネクタの基板への固定が確実に出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の流体用コネクタについてその第１の実施の形態を図１と図２を用いて説明する。図１は、本発明の流体用コネクタの概略斜視図であり、図２は、その断面図である。第一の枠１は基板の経由穴に装着する。本発明では形状やサイズを特に規定はしないが、円形状が流体に澱みが生じることなくまた作製し易いという点で好都合である。その外径は数百μｍ〜数ｍｍが好ましい。これより小さいと作製が困難であり、大きいと基板の経由穴が大きくなり、キャピラリの配置密度が低下してしまう。内径は数十μｍ〜数百μｍが好ましい。これより小さいと通路抵抗が大きくなり流体の流れが阻害され、これより大きいと微小体積の流体の取り扱いが困難になる。第一の開口２は第一の枠１に配置され、基板の経由穴から露出したキャピラリの端面と連結する。本発明では、その形状、サイズ及び設置箇所を特に規定はしない。開口径は数十μｍ以上が好ましい。これより小さいと通路抵抗が大きくなり流体の流れが阻害される。また、図１、２では第一の枠１の壁面に形成したが第一の枠１の底面全てを開口としても良い。第二の枠３は基板に実装する流体部品の流体用端子と装着し、第二の開口４は流体用端子と連結するので、その形状や大きさは流体用端子に応じたものにしなければならない。第一の枠１と第二の枠３が画定する流路の形状は任意でよいが、無用な澱みが生じない滑らかな形状が好ましい。
【０００９】
本発明の流体用コネクタについてその第２の実施の形態を図３と図４を用いて説明する。図３は、本発明の流体用コネクタの概略斜視図であり、図４は、その断面図である。流体用コネクタは、本体５とアダプタ６からなる。基板に装着する本体５の第一の枠７、キャピラリと連結する本体５の第一の開口８は前記流体用コネクタの第一の枠１及び第一の開口２の説明と同様である。また、流体部品の流体用端子と勘合し連結するアダプタ６の第四の枠１３及びアダプタの第四の開口１４は前記流体用コネクタの第二の枠３及び第二の開口４の説明と同様である。本体５の第二の枠９とアダプタの第三の枠１１は勘合し、本体５の第二の開口１０とアダプタ６の第三の開口１２が連結する。従って、それぞれが適合する形状や大きさでなければならない。容易に固定できるように第二の枠９の外周と第三の枠１１の内周に勘合するねじを設けても良く、また、密閉性を向上させる目的で、接着剤、シーリング剤或いはＯ―リングなどを用いても良い。
【００１０】
流体用コネクタ、或いは本体５とアダプタ６の材質はプラスチックや金属など分析対象や条件に応じて適宜選択する。一例として、耐溶剤性、耐薬品性、使用温度・圧力等が挙げられ、それらについての配慮が必要である。金属材料は耐久性の点で優れ、熱可塑性プラスチック材料は成形性の点で優れる。金属材料としてはステンレス綱、チタンやアルミニウムが適する。また、熱可塑性プラスチック材料としては、ＰＥ樹脂（ポリエチレン）やＰＰ樹脂（ポリプロピレン）、ＰＳ樹脂（ポリスチレン）、ＡＳ樹脂（アクリルニトリル／スチレンの共重合体）、ＡＢＳ樹脂（アクリルニトリル／ブタジエン／スチレンの共重合体）、ＰＶＣ樹脂（塩化ビニル樹脂）、ＰＭＭＡ樹脂（ポリメチルメタクリレート樹脂）、ＰＥＴ樹脂（ポリエチレンテレフタレート樹脂）、アイオノマー樹脂（エチレンとアクリル酸／メタクリル酸の共重合体）、ＡＣＳ樹脂（アクリルニトリル／塩素化ポリエチレン／スチレンの共重合体）、ＡＥＳ樹脂（アクリルニトリル／エチレン−プロピレン系ゴム／スチレンの共重合体）、シリコーン樹脂やフッ素化樹脂などが挙げられる。また、エンジニアリングプラスチックであるＰＡ樹脂（ポリアミド樹脂）、ＰＯＭ樹脂（ポリアセタール樹脂）、ＰＣ樹脂（ポリカーボネート樹脂）、ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＢＴ樹脂（ポリブチレンテレフタレート樹脂）、ＰＳＵ樹脂（ポリサルホン樹脂）、ＰＥＳ樹脂（ポリエーテルサルホン樹脂）、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＰＡＲ樹脂（ポリアリレート樹脂）、ＴＰＩ樹脂（熱可塑性ポリイミド樹脂）、ＰＡＩ樹脂（ポリアミドイミド樹脂）、ＰＥＩ樹脂（ポイエーテルイミド樹脂）、ＰＥＥＫ樹脂（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）等が挙げられる。また、上述の各種の樹脂をブレンドしたポリマーアロイ、例えばＰＰＥ／ＰＳ、ＰＰＥ／ＰＡ、ＰＰＥ／ＰＢＴ、ＰＰＥ／ＰＰ、ＰＡ／ＰＰ、ＰＡ／各種エラストマ、ＰＣ／ＡＢＳ、ＰＣ／ＰＥＴ、ＰＣ／ＰＢＴ、ＰＣ／ＰＰ、ＰＣ／ＰＰＥ／ＰＳ、ＰＢＴ／ＡＢＳ、ＰＢＴ／ＰＥＴ、ＡＢＳ／ＰＥ、ＡＢＳ／ＰＥ等が挙げられる。また、弾性を持つゴム成分（ソフトセグメント）と塑性変形を制限する拘束成分（ハードセグメント）とを併せ持つＴＰＥ（熱可塑性エラストマ）があり、例えば、ＰＳ、ＰＥ、ＰＰＥ、ＰＶＣ、ウレタン、ポリエステル、ＰＡなどをハードセグメントとし、ＢＲ（ポリブタジエン）、ＩＲ（ポリイソプレン）、ＥＢ（水素添加ポリブタジエン）、ＥＰ（水素添加イソプレン）、水素添加ブタジエンゴム、エチレン−プロピレン系ゴム、ＮＢＲ（アクリルニトリルブタジエンゴム）、ポリエーテルなどをソフトセグメントしたＴＰＥ等が挙げられる。また、上述の各種樹脂と、各種繊維材（ガラス繊維、カーボン繊維、ＰＡ、ポリエステル等の有機繊維）や各種充填材（金属酸化物、酸化珪素、硫酸バリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム等の無機材やＰＯＭ、ＰＢＴ、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂やフッ素化樹脂等の有機材等）との複合材料などが挙げられる。
【００１１】
流体用コネクタ内に形成される流路の形状やサイズについては特に規定するものではなく、流量や作製し易さを考慮して設定すれば良い。断面形状は直径が十μｍ〜数百μｍ程度のサイズであることが好ましい。これより小さいと流路詰りが生じやすくなり、大きいと流体の微小体積操作が困難となる。
【００１２】
本発明で用いる基板、基板に内蔵のキャピラリ、基板に配置された経由穴、流体部品、流体部品の流体用端子についても特に規定するものではなく、それらは使用目的に応じたものを使用して良い。基板としてはガラスやプラスチック製のマイクロ化学チップやガラスキャピラリやプラスチックチューブを配置したマイクロ流体システム用基板などが挙げられ、また流体部品としてはマイクロポンプやマイクロバルブ或いは単なるチューブなどが挙げられる。それぞれを目的に応じて使用すればよい。
第一の枠１、７は基板の経由穴に装着される。その際、第一の枠１、７の外周と経由穴壁を勘合して固定するか接着剤で固定しても良い。これにより、基板への固定が強固となり、流体の漏れを防ぐことが容易になる。また、フランジ１５を使用して基板に固定しても良く、フランジの鍔部分に接着剤を設けて基板に固定すると流体の漏れを防ぎ、容易に固定することができる。
【００１３】
【実施例】
図３と図４を用いて本発明の流体用コネクタの実施例を具体的に説明する。本体５及びアダプタ６にはＰＥＩ（ポリエーテルイミド樹脂）を用いて切削加工にて作製した。第一から第四までの枠は全て円柱状とした。
本体５の第一の枠７は高さ０．４５ｍｍ、外径２ｍｍ、内径０．４ｍｍ、第一の開口８は第一の枠の側面に高さ０．３ｍｍ、幅０．３ｍｍ、上部の半円径０．２ｍｍのドーム状に設けた。本体５の第二の枠９は円柱状で高さ５ｍｍ、外径１ｍｍ、内径０．２ｍｍとした。第二の開口１０の径は０．２ｍｍとした。フランジ１５は径５ｍｍとした。
アダプタ６の第三の枠１１は高さ５ｍｍ、外径２ｍｍ、内径０．９ｍｍ、第三の開口１２の径は０．９ｍｍとした。第四の枠１３は高さ５ｍｍ、外径１ｍｍ、内径０．１ｍｍとした。
【００１４】
引き続き、図５を用いて本発明の流体部品の実装構造を説明する。上記の本体５とアダプタ６からなる流体用コネクタをキャピラリ１７の細管を内蔵した基板１６に装着し、該流体用コネクタを介して流体部品２０を実装した例である。
基板１６はＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）製のマイクロ化学チップであり、幅０．１ｍｍ×高さ０．１ｍｍのキャピラリ１７の細管が形成されている。キャピラリ１７の所定の箇所に直径２．１ｍｍの経由穴１８が配置してあり、キャピラリ１７の端面１９が露出している。
基板１６の経由穴１８に本体５の第一の枠７が接着剤により接着・勘合され、第一の開口８とキャピラリ１７の端部１９が連結されている。流体部品２０として透明シリコンチューブを用いた。流体用端子２１となるチューブ端はアダプタ６の第四の枠１３と勘合させた。このことにより基板１６のキャピラリ１７と流体部品２０は流体用コネクタの本体５、アダプタ６を介して流体接続が確立される。
キャピラリ１７の他端から赤色インクを混合した水をピペッターで注入すると、流体部品２０である透明シリコンチューブに漏れがなく赤色インクが流れていくことが確認できた。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の流体用コネクタ及び流体部品の実装構造により、流体部品を容易にキャピラリを内蔵する基板に実装でき、複数の個別に作製した流体部品を接続して流体回路（システム）を簡便に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する流体用コネクタの概略斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態を説明する流体用コネクタの断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する流体用コネクタの概略斜視図。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明する流体用コネクタの断面図。
【図５】実施例の流体部品の実装構造の概略図。
【符号の説明】
１．第一の枠
２．第一の開口
３．第二の枠
４．第二の開口
５．本体
６．アダプタ
７．本体の第一の枠
８．本体の第一の開口
９．本体の第二の枠
１０．本体の第二の開口
１１．アダプタの第三の枠
１２．アダプタの第三の開口
１３．アダプタの第四の枠
１４．アダプタの第四の開口
１５．フランジ
１６．基板
１７．キャピラリ
１８．経由穴
１９．経由穴から露出したキャピラリの端面
２０．流体部品（抜粋）
２１．流体用端子
【図１】
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【図２】
2005007542.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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